基于CiteSpace的长距离引水工程研究现状可视化分析

基于CiteSpace的长距离引水工程研究现状可视化分析

毛学丰, ,郭莹,何流,叶昕,许泽帆

（华北水利水电大学，河南 郑州 450046）

摘要：

长距离引水工程是解决水资源时空分布不均、优化水资源配置的有效手段，对缺水地区的经济社会发展起到了重要的作用。为了明确长距离引水工程的研究现状，推动相关研究的进一步发展，采用CiteSpace软件对2000-2022年有关长距离引水工程研究的文献进行可视化分析。结果表明，过去有关长距离引水工程研究过去主要集中在技术、建设等方面，当前的研究正在逐渐向持续性运行、水资源高效利用和环境保护等方向发展。

关键词：引水工程；CiteSpace；可视化分析

0 引言

随着全球气候变化和人口增长的不断加剧，干旱地区的水资源短缺问题变得日益突出，水资源也已成为制约区域经济社会发展的关键因素。长距离引水工程的出现，能够有效解决水资源时空分布不均问题[1, 2]、长距离引水工程的研究具有高度复杂性，涉及多个学科领域，包括工程技术、水资源管理、风险分析和环境评估等，由于研究领域的广泛性和复杂性，对于已有研究的整体认识和分析变得困难，了解长距离引水工程研究的现状和趋势，对推进长距离引水工程的研究和应用、推进水资源的高效利用和发展、优化未来设计、提高工程性能和安全持续运行具有重要意义。因此，本文采用CiteSpace软件对长距离引水工程研究的现状进行可视化分析，通过对长距离引水工程的研究现状的可视化分析，研究未来趋势和热点，系统回顾国内该领域的发展进程与结构关系，根据分析结果，结合国内工程建设需求和交叉学科理论成果提出研究展望，为未来长距离引水工程的研究提供借鉴。

1 研究工具与数据来源

1.1 研究工具

CiteSpace是一种用于科学计量分析的可视化工具，它可以帮助用户发现文献之间的关联性和趋势，可用于探索科学领域的研究趋势、关键词、合作者等方面的信息。CiteSpace 的构造主要包括两个部分，一个是对文献进行预处理和解析，另一个则是生成和呈现文献之间的网络图。CiteSpace的优点在于它可以帮助用户从海量的文献数据中快速发现有用的信息以及相关的趋势，同时它还可以自定义参数和过滤条件，方便不同用户根据自己的需求进行数据分析。

1.2 数据来源

长距离引水工程是水利工程下的一个研究分支，与其同义相近的还有“长距离调水工程”、“长距离输水工程”，在下文的分析中，统称为“长距离引水工程”。为了丰富样本数据，以高级检索方式在CNKI中对“长距离引水工程”or“长距离调水工程”or“长距离输水工程”为主题进行检索，检索跨度为2000年——2022年所有的相关文献，检索到CNKI数据库文献468篇，为进一步保证数据来源的可靠性，剔除与主题不相关或相关性不大的文件，得到文献共395篇，导入CiteSpace中进行数据转换[3, 4]，得到有效可分析样本395篇。

2 长距离引水工程研究现状

2.1文献发表数量分析

首先是运用CiteSpace对2000年至2022年的文献进行发文数量分析，具体如图1所示。

图1 2000-2022年长距离引水工程相关文献数量分析

通过分析近年来长距离引水工程相关论文的发表数量，可以定性地判断该研究主题的重要程度[5]。从发文量的整体来看，长距离引水工程课题的研究是在持续稳步的推进。 2002年12月27日，世界上最大的水利工程——南水北调工程正式开工，2014年12月12日，南水北调东、中线一期工程全面建成通水[6, 7]。随着长距离引水工程的通水运行，2014年的发文量明显上浮，证明在通水后，在南水北调运行过程中呈现了新的热点问题和方向，不少相关学者投入研究，增加了科研成果的产出。南水北调工程作为我国最大的长距离引水工程已安全供水9年，在供水、受水、沿线的生态发展、水资源管理以及长距离引水工程的运行安全等，仍旧是可以深化研究的重点方向。

2.2 作者分析

通过CiteSpace软件对作者进行共现分析得出图谱，如图2所示，发文时间由颜色所显示。

图2 长距离调水工程相关文献作者共现分析

利用CiteSpace软件对作者进行共现分析, 作者共线图中,节点颜色由浅到深代表着发表年份的前后，节点和字体大小代表中心性, 接壤和连线代表合作性，结果显示，网络节点数量为395[8-12], 连线数量为292，说明在大多数的作者合作研究较少；发文量和影响力较大的作者，可以以其为中心形成合作网络，其中, 学者张健发文量为7篇,是该研究领域发文量最多的作者[13],学者张社荣发文量为6篇,是该研究领域发文量最多的作者, 其次是学者王超，发文量为5篇，两位学者合作较深且持续对长距离引水工程深入研究。我国长距离引水工程研究学者分散，部分有合作关系，但多为小规模合作。大多数学者独立进行研究。以张健等为核心的科研团队合作紧密，其次是以张社荣、王超为主的团队。数据显示，大多数学者仍相对独立，缺乏中介能力。因此，核心作者发文量有待提高，合作关系仍需加强。

2.3 发文单位分析

运用CiteSpace软件对发文单位进行分析，一是对论文的发文单位进行分类统计分析，可以明确哪些单位或者哪一类单位是长距离引水工程研究的研究主力；二是对发文单位发文数量进行统计分析，对发文数量的分析可以粗略地辨别每类机构在长距离引水工程研究这个具体领域的大致水平；最后，通过对每个分类进行计算求出每一类平均发文量，比较在长距离引水工程领域做出的贡献。

通过CiteSpace软件对发文机构进行可视化共现分析得出图谱，如下图3所示。

图3长距离调水工程相关文献作者单位共现分析

通过CiteSpace对可视化以后的视窗数据进行处理，第一步，利用数据首先对论文的发文单位进行分类统计分析，通过分析将其归纳为4类：高校和科研院所、相关设计单位，水利相关企业和相关行政事业单位，围绕这4类分别进行发文单位分布分析和发文单位发文数量分析，具体如图4所示。

根据图5可以看出，发文单位294，小于分析样本395；发文总量441，大于分析样本395。因此，存在一定的合作关系和高产发文单位。在441个发表论文的机构中，设计单位最多，占40.82%；其次是高校和科研院所，占23.81%；相关行政管理单位和水利相关企业发文量一致，占17.69%。从发文单位数量分布来看，设计单位是长距离引水工程研究的主力，水利相关企业略高于行政管理单位。高校和科研院所的科研成果较少。设计单位在南水北调工程设计阶段进行了初步研究和技术分析，解决了先进技术问题和工程热点问题，取得了大量研究成果。高校和科研院所在此基础上深化和拓展，继续推动研究。水利相关企业参与工程建设并展开学术和技术研究，提升自身能力和经济效益。地方水利行政管理部门进行学术研究，提高工程运行管理能力和水资源的利用和规划能力。随着工程的运行，各方单位和科研机构可继续研究后续运行安全和环境生态保护问题，取得更多科研成果。

2.4 关键词共现与聚类分析

在CiteSpace可视化分析中，关键词共现功能可以帮助研究者了解某一领域内不同关键词之间的联系和关联程度，进而发现该领域的主题和研究热点。关键词共现功能是指将样本文章中出现的关键词之间的共现次数统计出来，在关键词网络图上呈现出关键词之间的联系和紧密程度。与此相对应，聚类分析是将数据集中具有相似属性或特征的节点划分为不同的类别，从而发现隐藏在数据背后的结构，还可以发现不同的研究方向，进而发现这些方向之间的交叉和联系。

根据样本数据进行关键词共线，长距离引水工程相关文献关键词共现聚类如图5所示。

图5长距离调水工程相关文献作者单位及发文量对比

根据图5，聚类一共呈现了9个标签，对9个标签进行网络梳理，构建了长距离引水工程聚类分析网络图，同时提取出现率最高的9个关键词作为主要关键词，以聚类分析网络图对主要关键词进行分类和梳理，选取连线紧密的关键词结合研究背景进行分析。

表 1主要关键词出现频次与起始年份

图6主要关键词关系网络

长距离引水工程在施工建设时，受地形限制，渠道干线上修建了大量的输水管道和隧洞，在输水过程中，由于水流的惯性作用，当管道内突然停止或改变水流速度时，会产生一种瞬间压力波，这就是所谓的水锤现象。水锤现象可能导致管道、阀门等设备受损，甚至造成爆裂，在长距离引水工程中，水锤防护在长距离引水工程中非常重要，须采取合理的措施来防止水锤现象的发生。由于长距离引水过程中涉及到大量的水流输送，一旦管道内部发生瞬间闭合或者开启操作会产生压力波，并可能对管道造成损坏。仿真在长距离引水工程中可以帮助优化设计、评估系统性能、预测管道损耗和疲劳、评估环境影响等，提高工程的可靠性、可持续性和经济性，以上是长距离引水工程现阶段研究中较为侧重的方面，对于确保长距离引水工程长久的运行安全有重要意义。

3 长距离引水工程未来研究热点分析

研究热点凸显可以显示在当前研究的时间区间里，因时间变化而导致的研究热点的变化，结合时间背景，可以对长距离引水工程在20年内的研究热点演化进行分析。通过使用CiteSpace热点凸显功能，对样本进行解读和分析，可以识别文献引用关键词和关键研究领域，实现数据的可视化和交互性，能够了解整个长距离引水工程领域的发展趋势和研究焦点，具体如图7所示。

图7 长距离引水工程领域的发展趋势和研究焦点分析

历经22年的时间演化，研究热点可大致分为两类，包括长距离引水工程运行前和运行后；运行前的研究主要是设计阶段的研究，研究热点相对集中，主要是围绕长距离引水工程的建设，对工程进行论证，材料测试，仿真模型试验以及对引水效应进行水锤分析等。随着国内一部分引水工程竣工通水，长距离引水工程运行期间的研究开始被大量的细分和推进，研究热点相对分散，运行后的研究主要是围绕长距离引水工程的持续安全运行展开的，对管道输水、停水运行、应急调控、分析评价等进行了细致分析。以上述分析为基础，在未来的长距离引水工程领域的研究中，长距离引水工程的研究正在逐渐向持续性运行、水资源高效利用和环境保护等方向发展，“运行安全”、“风险管理”、“安全评估”“后期评价”等还会不断深入并深化，并且随着时间的推移，长距离引水工程对环境的影响也会进一步显现。

4 结语

2023年是全力推进南北水调后续工程高质量发展和加快构建国家水网的关键年度，同时也是国家加强推行水资源高效利用的一年，以长距离引水工程的研究现状为背景，采用CiteSpace对长距离引水工程相关文献发表、作者、发文单位、关键词等对进行了分析，并通过CiteSpace热点凸显功能对未来研究现状进行了预测，为未来长距离引水工程领域的研究提供方向和参考。但是考虑到当前研究还有两个缺点：一是由于国内目前对当前领域的研究不够广泛，仅仅能依靠现有的样本进行分析，分析结果仅能展示当前领域的研究现状；二是由于时间跨度过大的样本会失去分析的意义，当前研究只能代表对过去分析的结果，只能反应当下的研究状况和对未来研究热点的预测，没有进一步对未来的研究演变和研究趋势进行分析，这些需要在未来的研究中进一步完善。

参考文献

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